La glycolyse est un processus par lequel le glucose est transformé en pyruvate ou en lactate, selon qu'il se produit dans des conditions aérobies ou anaérobies. La régulation de cette voie se produit à trois points clés où les réactions enzymatiques impliquées sont irréversibles. Ces trois enzymes sont l'hexokinase, la phosphofructokinase et la pyruvate kinase. Inhibition de la glycolyse est un mécanisme pour conserver l'énergie en empêchant la dégradation de l'adénosine triphosphate.

Accumulation de glucose-6-phosphate

L'enzyme hexokinase catalyse la première étape de la glycolyse, dans laquelle le glucose est converti en glucose-6-phosphate. Des concentrations élevées de ce produit inhibent l'activité de l'enzyme. Quand il s'accumule, le glucose-6-phosphate entre en compétition avec le substrat glucose pour se lier au site actif de l'enzyme, ainsi qu'un autre site allostérique. Cette liaison inhibe l'action de l'hexokinase.

Action de la protéine régulatrice de la glucokinase

Dans le foie, la conversion du glucose en glucose-6-phosphate se fait par action d'un variant de l'hexokinase appelé glucokinase. Contrairement à l'hexokinase, la glucokinase n'est pas affectée par les concentrations de glucose-6-phosphate et ne s'en trouve donc pas inhibée. L'action de la glucokinase est modulée par la présence d'une protéine appelée protéine régulatrice de la glucokinase (GKRP). La liaison de GKRP à l'enzyme glucokinase inhibe la glycolyse dans le foie.

Accumulation d'ATP

Dans le cycle de la glycolyse, la réaction catalysée par la phosphofructokinase est l'étape limitante. Cette enzyme catalyse la phosphorylation du fructose-6-phosphate par l'ATP pour produire le fructose-1,6-biphosphate. Dans les conditions où il y a une concentration élevée d'ATP, il n'y a pas d'exigence supplémentaire pour la glycolyse. Cet ATP se lie à un site allostérique sur l'enzyme phosphofructokinase et provoque une modification de sa conformation. Ce changement conformationnel empêche la liaison du substrat fructose-6-phosphate et inhibe ainsi l'activité de l'enzyme qui inhibe à son tour la glycolyse.

Inhibition de la pyruvate kinase

L'enzyme pyruvate kinase est la troisième site de régulation de la glycolyse. L'activité de cette enzyme est inhibée par la présence de concentrations élevées d'ATP. La présence d'alanine qui est biosynthétisée à partir du pyruvate agit également comme un facteur inhibiteur. L'ATP et l'alanine se lient tous deux à un site allostérique sur l'enzyme pyruvate kinase et entraînent une réduction de son activité. Lorsque les niveaux de sucre dans le sang chutent, la phosphorylation de l'enzyme pyruvate kinase se produit, ce qui rend l'enzyme inactive, inhibant la glycolyse.